高压水射流清洗系统的设计及其试验研究

摘要：高压水射流技术这一高新技术在近几年得到了良好的发展。我国在不断发展工业技术的同时，采用环保性良好的高压水射流技术，能够实现对工业市场的大面积占有，主要具有清洗以及切割等功能。本文设计了高压水射流清洗系统，并对其性能进行了试验。

关键词：高压水射流清洗系统;设计;试验研究

一、高压水生成系统组成及工作原理

（一）系统设计

本文设计了一款高压水射流清洗系统，并对其效果进行了试验，首先根据洗涤效果的材料收集与分析，国内、外相关设备的材料收集与分析，分析企业进行洗涤剂用量、洗涤温度、洗涤时间等因素对洗涤效果的生产数据，以啤酒生产酿造、发酵、酵母扩培、灌装机等自动化生产设备为对象，研究其原位清洗系统的优缺点，现场观察洗涤残留物回收利用的可行性、循环热水回收利用的可行性。根据相关数据与分析确定CIP系统工艺设计与管线设计、清洗程序设计。利用 现代电气控制实训室、自动生产线实训室、和过程控制技术实训室相应的模块，对研究成果进行模型构建，从而进行模拟验证，对工艺设计与管线设计、清洗程序设计进行优化。

（二）系统的组成及主要部件功能

核心零部件主要如下：

（1）高压泵：普通水经过加压后会成为高压水，执行器中的高压水喷出后成为高压水柱。柱塞式泵是最常见的高压泵，能够在特定的泵速下输出相同的流量。

（2）电机或柴油机：能够作为高压泵驱动系统，为高压清洗系统提供了运转动力。

（3）电控箱：其中包含了PLC控制系统和触摸屏，具有启停整个系统的功能，并且能够对系统工作状态进行监控，触摸屏具有参数显示功能[1]。

（4）离心泵：高压泵缺乏良好的抽吸能力，通常需要借助离心泵来加压低压水，并向高压泵输送，以此来稳定高压泵的流量。

（5）安全阀：需要在高压泵某个排出口安装安全阀，通常来说，在弹簧的作用下，阀芯通常属于关闭状态。安全阀只有在高压泵超过预定压力值时才会打开。

（6）溢流调压阀：也叫作卸荷阀，其安装位置在另一个高压泵排出口，从水量方面，通过对庞统溢流的控制，能够使高压清洗系统具有稳定的工作压力。在开启了溢流调压阀之后，越高的升程会溢出越多的水，也会减少喷嘴处的流量。水经过溢出后由循环作用回到水箱，起到了保护水资源的作用。

（7）脚踏控制阀：起作用相当于溢流喷枪中所采用的手控阀，操作者能够用脚来开启和停止喷头处水流。

（8）高压水射流清洗系统中的喷枪是最常见的执行器，高压水从高压泵中经过高压软管進入到喷枪高压水入口。相关人员只需操作喷枪就能够清洗物体，完成清洗工作。

（9）压力表：通常来说，压力表会被安装到过滤器和高压泵处，以此来显示不同的压力值。特别是高压泵压力最为重要，在对工作压力进行调节时，能够显示系统压力值。压力表通常具有超出所需压力50%的最大量程[2]。

（三）系统的工作原理

高压水生成系统主要由两部分组成，分别为水路和气路。前者主要用于加压低压水，作为高压泵的卸荷水和冷却水这两种回路;安装在高压泵上的卸荷阀主要由气路提供压力，保证其工作不出现异常。其主要具有如图1所示的工作原理。

在调节高压泵流量期间，高压泵卸荷水回路能够向回水箱直接输送卸荷掉的水，通过这一回路能够达到水循环的目标，实现对水资源的节约;在冷却回路中，精滤成小分支的水会流向高压泵泵头，保证高压泵工作时的温度，最后再次进入水箱，完成水循环。

低压水经过水路会成为高压水。高压泵通常为柱塞式，但是柱塞式泵并缺乏良好的抽吸能力，因此，水经过离心泵的加压达到特定值后，才能够进入高压泵，如此能够使高压泵内具有均衡流量的水。高压水由小口径喷头喷出，而喷头并没有过大的孔径，大多在0.3-2.5mm范围内，想要避免堵塞孔口，就需要做好对水的过滤。低压水经过水箱、离心泵以及过滤器等，会成为高压水。通常来说，压力表需要安装在过滤器和高压泵部位，用于观察工作时的回路压力和高压泵压力[3]。

二、样机性能验证试验

（一）流量验证试验

本次在验证流量时主要借助了称重法，也就是先采集清洗机在特定时间内喷出的水，然后称量采集水的总重，最终按照实际流量值进行换算。

在试验期间，需要分三次采集3分钟的水，表1显示了具体实验数据和实验结果。

结合设计要求可知，机器实际流量与理论流量的比值为100：85，根据表中数据得知，三次测试都获得了比85%更大的结果，可见符合样机流量。

（二）压力验证试验

清洗机所具有的压力值主要取决于系统流量，同时，在对清洗机压力进行测试时，还需要做好对成套喷枪、喷嘴的配合使用，所以，决定清洗机压力的另一个重要因素就是喷嘴孔径。如果高压管所有接头在试验期间都没有出现漏水问题，那么机器最大能够达到280MPa的额定压力，并且机器在最高压力下，能够保持30分钟稳定运行，波动幅度并不大。所以，清洗机具有标准的压力参数。

（三）清洗效果试验研究

各行各业都可以应用清洗机，由于清洗材料并不相同，因此，材料具有不同的硬度，所以，在各类材质表面清洗其污垢时，需要采用不同的压力值，表2 展示了清洗不同材质表面所需的压力范围，如果压力比材质最大能够承受的压力更大，就会损伤材料。本节采用压力清洗了铝合金和钢这两种材质，最终获取到了良好的清洗效果[4]。

结束语：

高压水射流技术的介质就是水，电动机或柴油机为大流量高压泵提供了动力支持。宝石喷嘴用于喷出加压后的水。油压或气压能够作为喷嘴旋转驱动，进而使高压旋转水射流具有多束、多角度以及不同的强度。能够在设备表面和内部进行清洁和结垢清除，并且能够高压清洗堵塞物。

参考文献：

[1]刘俊，秦臻.高压水射流清洗作业中喷嘴的设计原理和选型依据[J].管道技术与设备，2007，000（005）：43-44.

[2]邢雪阳，赵健，郭公浦，等.自旋式高压旋转射流清洗油管装置的设计与研究[J].清洗世界，2016，32（001）：17-21.

[3]王启博，宁大勇，侯交义，等.超高压水射流盘式清洗装置工作效率试验研究[J].液压与气动，2019，331（03）：22-28.

[4]邢雪阳，赵健，郭公浦，等.自旋式高压旋转射流清洗油管装置的设计与研究[J].清洗世界，2016，32（1）：17-21.

作者简介：王丽（1983.10--）女，汉族，安徽宿州人，硕士，大学本科，安徽国防科技职业学院，高级实验师，主要研究方向：智能控制。

项目：安徽省优秀青年人才支持计划项目，环保节能原位清洗系统及其控制研究，gxyq2018242。